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近日，清華大學材料學院朱宏偉教授團隊在《先進材料》（Advanced Materials）上在線發(fā)表了題為“石墨烯體系中的陽離子-π相互作用”（Cation-π Interactions in Graphene Containing Systems for Water Treatment and Beyond）的長篇綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用在水處理（膜分離、吸附）、新材料合成、納米發(fā)電、能量存儲及溶液/復合材料分散等應用中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用，分析了陽離子-π相互作用的影響機理，綜述了現(xiàn)階段相關(guān)理論工作進展，討論了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用研究中存在的問題，展望了未來潛在的研究方向。陽離子-π相互作用是一種非共價相互作用，在自然界，尤其是生命體中普遍存在，在諸多生命反應進程中必不可少。近年來，陽離子-π相互作用在生物學、化學、物理學中的重要性被廣泛關(guān)注。石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，可被視為一種獨特的芳香族大分子。陽離子和石墨烯中離域π電子之間的相互作用會引起陽離子在石墨烯表面的富集、溶液中離子及石墨烯結(jié)構(gòu)中電子的重新分布，進而影響石墨烯材料的本征性質(zhì)及基于石墨烯的器件的性能。深入理解石墨烯體系中的陽離子-π相互作用，對于石墨烯特性的調(diào)控、器件的優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。石墨烯體系中的陽離子-π相互作用及其應用近年來，朱宏偉教授團隊在石墨烯等新型二維材料的可控制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計及其在能源（太陽能電池、光電探測、光電催化）、環(huán)境（水處理、空氣凈化、土壤治理）、柔性傳感器件等領(lǐng)域開展了大量研究工作，取得了一系列重要進展。該綜述論文以石墨烯體系中的陽離子-π相互作用為切入點，對相關(guān)研究報道進行了梳理和討論，并對其發(fā)展趨勢和前景進行了展望。本文通訊作者為朱宏偉教授，第一作者為清華大學材料學院2016級博士生趙國珂。本研究得到國家自然科學基金委基礎(chǔ)科學中心項目和面上項目資助。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905756

本發(fā)明公開了一種基于石墨烯卷的緩蝕劑微膠囊，所述微膠囊的囊壁材料為石墨烯，所述微膠囊的芯材為有機緩蝕劑。本發(fā)明還公開了上述微膠囊的制備方法，將有機緩蝕劑的水溶液與氧化石墨烯共混后，于80～200℃水熱處理8?24h，水熱條件下石墨烯成卷的同時將緩蝕劑包覆于微膠囊中，芯材包覆質(zhì)量高，緩蝕劑緩釋特性好；本方法包覆過程簡單，操作方便，不需要額外添加助劑，制備成本低廉。

已有樣品/n石墨烯由于其獨特的二維納米結(jié)構(gòu)，且具有高強度、高熱穩(wěn)定性、高化學穩(wěn)定性以及優(yōu)良的導熱性等特性，在防腐涂料領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。石墨烯、氮化硼等二維材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)使其具有不透過性，作為金屬基底與腐蝕環(huán)境的阻隔層而保護基底不被自然環(huán)境所腐蝕。通過化學氣相沉積法及塊體剝離法可分別制備直接生長于金屬表面的大面積石墨烯、氮化硼薄膜，或粉狀的石墨烯、氮化硼納米片。通過化學氣相沉淀法，二維材料可以在任意形狀的金屬基底的所有暴露面上生長，實現(xiàn)對金屬表面的全面保護。市場預期：該技術(shù)可應用于精細元器

項目成果/簡介:世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動，使其發(fā)出語音信號。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助

本發(fā)明公開了一種石墨電極氣體開關(guān)的充氣配比控制裝置、充 氣裝置及方法；充氣配比控制裝置包括第一可控壓力閥、第二可控壓 力閥、第三可控壓力閥、第四可控壓力閥、第一氣壓傳感器、第二氣 壓傳感器、第一機電控制器、第二機電控制器、控制終端，第一緩沖 氣室、第二緩沖氣室和混合氣室。按照一定的惰性氣體設(shè)置方案，通 過一定充氣配比方法，控制終端控制機電傳感器，使可控壓力閥動作， 通過氣壓傳感器監(jiān)控壓力值，使緩沖氣室中的充入的氣體達到設(shè)定的 氣壓值，最終在混合氣室中得到所需的完成配比的混合氣體，并完成 對氣體開關(guān)的

本項目設(shè)計開發(fā)了一種石墨烯玻璃制備方法，通過利用離子注入技術(shù)，將過渡金屬粒子注入到玻璃表面，然后在石墨烯生長過程中注入的金屬粒子有效提升玻璃表面對于碳源的裂解能力，并且促進石墨烯晶疇的成核和生長。這種方法成功在二氧化硅、藍寶石、石英玻璃等絕緣襯底上制備出高質(zhì)量單層石墨烯。

01. 成果簡介 世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動，使其發(fā)出語音信號。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優(yōu)異的新型人工喉的器件及系統(tǒng)研究。 本成果團隊研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發(fā)系統(tǒng)集成、動作監(jiān)測系統(tǒng)、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發(fā)聲系統(tǒng)方面有了雙重突破，實現(xiàn)了石墨烯的器件級應用至系統(tǒng)級應用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉(zhuǎn)換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統(tǒng)和發(fā)聲系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)了聲音輸入到輸出的閉環(huán)，并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著，通過與單片機的結(jié)合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實現(xiàn)了動作發(fā)聲系統(tǒng)。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統(tǒng)可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現(xiàn)了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進行體積更小及功能更多的集成，有望實現(xiàn)像“創(chuàng)可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)02. 應用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發(fā)聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動作轉(zhuǎn)化為對應聲音，有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來，該器件將與聲紋識別、機器學習等技術(shù)結(jié)合，在語音識別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。03. 知識產(chǎn)權(quán) 已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)2項。04. 團隊介紹 本成果項目團隊負責人為任天令教授，清華大學信息科學技術(shù)學院副院長，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，清華大學環(huán)境與健康傳感技術(shù)研究中心副主任。擔任IEEE電子器件學會副主席（中國大陸首次）、國際微電子領(lǐng)域頂級學術(shù)會議IEDM執(zhí)委（中國大陸首次）、IEEE電子器件學會教育委員會主席（中國大陸首次）、中國微米納米技術(shù)學會理事等。近年來，承擔國家自然科學重點基金、國家重大科技專項、國家公益性行業(yè)科研專項、國家重大儀器專項、國家863計劃、國家973計劃等多項國家重要科技項目，做出一系列具有重要國際影響的創(chuàng)新學術(shù)成果。主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統(tǒng)，包括：智能傳感器與智能集成系統(tǒng)，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統(tǒng)，智能信息器件與系統(tǒng)技術(shù)等。在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊和會議發(fā)表重要SCI期刊論文400余篇，國際微電子領(lǐng)域頂級學術(shù)會議IEDM論文11篇；獲國內(nèi)外發(fā)明專利70余項，入選2018年愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學者”（微電子領(lǐng)域唯一入選者）。獲2018年電子學會自然科學一等獎，“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導報評選的2017“中國十大重大技術(shù)進展”，“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學十大重大學術(shù)成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全國科技活動周被評為“最受公眾喜愛項目”，還入選2018年中國國際智能產(chǎn)業(yè)博覽會十大“黑科技”創(chuàng)新產(chǎn)品（從1082項創(chuàng)新產(chǎn)品中脫穎而出）。團隊成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

1.產(chǎn)品介紹 AA-1800EL型原子吸收光譜儀是采用國際新的技術(shù)和國內(nèi)高校的專家聯(lián)手研發(fā)完成，擁有幾十年光譜儀器的研發(fā)和應用經(jīng)驗。該產(chǎn)品包括火焰、石墨爐及氫化物發(fā)生系統(tǒng)，可配置多種附件，靈活的配置方案可滿足不同層次客戶的需求。全自動多功能AA-1800EL型原子吸收光譜儀可進行復雜的樣品分析，多種分析方法可自動切換，做到無人全自動分析。 AA-1800EL型原子吸收光譜儀廣泛應用于科研、質(zhì)檢、疾控、環(huán)保、冶金、農(nóng)林、化工等行業(yè)，創(chuàng)新的軟、硬件設(shè)計確保樣品分析的準確性、安全性、易用性，儀器維護簡單便捷。   性能特點 2.1. 全反射消色差光學系統(tǒng)。 色散率為1800條/毫米刻線大面積光柵，新型自準直單色器，所有鏡片均是石英鍍膜，寬廣的檢測范圍和光學穩(wěn)定性確保了分析的精度、閃耀波長230nm光柵分光系統(tǒng)。 2.2. 八燈燈座 一燈工作，最多可以七燈預熱，節(jié)省了換燈和預熱時間，使元素測量更加快捷方便。 2.3. 全自動化 儀器采用全自動設(shè)計，除主機電源開關(guān)外，儀器的燈架控制、波長掃描、狹縫調(diào)節(jié)以及二維移動平臺等功能全部通過軟件控制完成。 2.4. 背景校正系統(tǒng) 具備氘燈與自吸收兩種背景校正模式，背景信號1A時，扣背景能力60倍以上。 2.5. 自主知識產(chǎn)權(quán)，功能完善，性能強大的分析軟件 人性化的操作界面，讓您的操作易如反掌，可切換中英文Windows風格軟件界面，全自動定性、定量分析，自動計算元素含量，自動生成測試報告。 2.6. 火焰系統(tǒng)特點 2.6.1. 高分子霧化室 高分子材料抗腐蝕霧化室，耐酸堿，包括氫氟酸，無論是有機或是無機溶液都能得到較好的靈敏度和穩(wěn)定性； 2.6.2. 鈦燃燒器 鈦燃燒器，可選配50mm和100mm燃燒器，空冷預混合型，耐腐蝕，耐高鹽，大幅度提高火焰的效率和火焰分析的準確度； 2.6.3. 高精度防堵塞霧化器。 高效型霧化器，霧化效率高，維護更換方便。 2.6.4. 質(zhì)量流量控制器實現(xiàn)乙炔流量控制。 質(zhì)量流量控制器精確控制乙炔流量，精度達1ml/min，并對流量進行動態(tài)監(jiān)測，使用方便，安全可靠。 2.6.5. 更多的安全保護措施，使樣品分析更加安全可靠。 采用高靈敏度探測器，對乙炔泄露進行實時監(jiān)測； 采用高精度的壓力傳感器，對乙炔壓力進行實時監(jiān)視； 采用高精度的壓力傳感器，對乙炔壓力進行空氣壓力監(jiān)視； 采用微動開關(guān)及防火插銷，對燃燒頭狀態(tài)監(jiān)視； 采用光敏二極管，對火焰狀態(tài)實時監(jiān)視；   2.7. 石墨爐系統(tǒng)特點 2.7.1. 一體化設(shè)計。 石墨爐電源、原子吸收主機位于一臺儀器內(nèi)，縮短了電纜長度，減少了石墨爐電源對外界的電磁干擾、提高了石墨管加熱效率。 2.7.2. 石墨爐控溫精度高，升溫速度快。 采用大功率變壓器、微阻電纜線以及光控升溫方式，并配合軟件、硬件溫度校正系統(tǒng)，高溫段控溫精度可達±1%。 2.7.3. 更多的安全保護措施，使樣品分析更加安全可靠。 石墨爐冷卻水具有流量實時監(jiān)視和保護； 2.7.4. 通過壓力傳感器對載氣壓力監(jiān)視 通過光敏二極管對石墨爐溫度監(jiān)視 2.7.5. 自動載氣流量控制。 石墨爐內(nèi)氣，外氣全部由計算機根據(jù)軟件升溫流程自動控制。 2.7.6. 150位轉(zhuǎn)盤式石墨爐自動進樣器。 極坐標轉(zhuǎn)盤式石墨爐自動進樣器，定位精度高，運行穩(wěn)定可靠，使用維護方便。   數(shù)據(jù)處理 高智能軟件，功能強大，友好的中文操作界面。全自動儀器及附加控制，火焰、石墨爐工作模式可自動切換，可自動優(yōu)化，自動稀釋；鼠標操作，自動設(shè)定菜單數(shù)據(jù)和校正方法； 石墨爐分析時，系統(tǒng)會給出全過程分析信息，包括測量值、溫度、程序、時間等， 并保存積分時間內(nèi)所有測量的信號曲線和溫度曲線；測量數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)動態(tài)顯示。標準曲線可以實現(xiàn)自動擬和；樣品測量準確：采用向?qū)У姆绞綄悠愤M行設(shè)置，方便快捷；靈敏度校正功能：使測量的結(jié)果更為準確；參數(shù)打印，數(shù)據(jù)結(jié)果打印，圖形打印，可導出WORD、EXCEL文檔.

層間轉(zhuǎn)角在層狀堆垛的二維材料體系中提供了一個全新的自由度來調(diào)控其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。近幾年，相關(guān)方面的研究引起了廣泛的關(guān)注。早在2012年，何林課題組就開始關(guān)注轉(zhuǎn)角對雙層石墨烯結(jié)構(gòu)和電學性質(zhì)的影響，測量了不同轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的兩個范霍夫峰的峰間距能量與轉(zhuǎn)角大小的關(guān)系[1]，并預言該體系中的準粒子具有可調(diào)控的手征性[2]，研究了應變結(jié)構(gòu)在該體系產(chǎn)生的贗磁場和贗朗道能級[3]。2015年，何林團隊發(fā)現(xiàn)雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系費米速度隨角度減小而迅速下降，證明在轉(zhuǎn)角為1.1度(第一魔轉(zhuǎn)角)附近時費米速度降為零[4]，并于2017年，在轉(zhuǎn)角接近魔轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯體系觀察到強電子-電子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo課題組在魔角雙層石墨烯觀察到電子-電子相互作用導致的關(guān)聯(lián)絕緣體態(tài)和超導態(tài)，魔角雙層石墨烯物性研究迅速成為過去兩年凝聚態(tài)物理研究的最大熱點。 近期，何林課題組發(fā)展了一套方法，能夠可控地制備利于掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)（STM）研究的雙層轉(zhuǎn)角石墨烯，并利用STM研究了小角度雙層石墨烯的性質(zhì)，深入探索該體系由于電子-電子相互作用導致的平帶簡并度解除和新奇強關(guān)聯(lián)量子物態(tài)的關(guān)聯(lián)。例如，何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)當小轉(zhuǎn)角體系的平帶被部分填充時，電子-電子相互作用會解除平帶的谷贗自旋簡并度，在體系中產(chǎn)生很大的軌道磁矩（每個莫爾約10μ_B），由于軌道磁矩和磁場的耦合，谷極化態(tài)的劈裂能量會隨著外加磁場線性增大[6]。同樣的結(jié)果也在應變引起的平帶中觀察到了，當雙層石墨烯的轉(zhuǎn)角接近魔角時，體系中微小的應變結(jié)構(gòu)可以使兩個范霍夫峰之間出現(xiàn)一個新的零能量平帶（贗朗道能級），何林課題組與合作者發(fā)現(xiàn)電子-電子相互作用會解除贗朗道能級的谷贗自旋簡并度，產(chǎn)生軌道磁性態(tài)[7]。這些結(jié)果表明小轉(zhuǎn)角石墨烯體系是研究二維軌道磁性態(tài)和量子反?；魻栃睦硐肫脚_。在角度大于魔角的小轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中，何林課題組與合作者證明電子-電子相互作用依然會起重要作用，并有可能產(chǎn)生完全不同于魔角雙層石墨烯的新奇強關(guān)聯(lián)量子物態(tài)。例如在1.49度的樣品中，他們證明電子-電子相互作用解除了體系平帶中的自旋和谷贗自旋的簡并度，產(chǎn)生了一種全新的自旋和谷極化的金屬態(tài)[8]，這一結(jié)果進一步拓寬了轉(zhuǎn)角體系新奇強關(guān)聯(lián)量子物態(tài)的研究范圍。 除了電學性質(zhì)受層間轉(zhuǎn)角的調(diào)制，在雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系，由于層間堆垛能與層內(nèi)晶格畸變引起的應變能的競爭，其原子結(jié)構(gòu)也會隨著角度發(fā)生改變。最近，何林課題組系統(tǒng)研究了雙層轉(zhuǎn)角石墨烯結(jié)構(gòu)隨著角度的演化，發(fā)現(xiàn)當轉(zhuǎn)角大于魔角時，體系可以看作兩個獨立的剛性石墨烯層發(fā)生扭轉(zhuǎn)，層內(nèi)晶格畸變幾乎可以忽略（定義為非重構(gòu)結(jié)構(gòu)）；當轉(zhuǎn)角小于魔角時，由于莫爾條紋周期較大，層間堆垛能占主導，從而引起晶格畸變產(chǎn)生堆垛的疇界（domain wall）網(wǎng)格（定義為重構(gòu)結(jié)構(gòu)）。這種疇界的兩邊都是Bernal堆垛的雙層石墨烯（分別為AB堆垛和BA堆垛），能傳輸谷極化的電流（圖一）。我們利用STM證明非重構(gòu)和重構(gòu)的兩種結(jié)構(gòu)在魔角附近都能穩(wěn)定存在。進一步，我們發(fā)現(xiàn)利用STM針尖脈沖可對魔角雙層石墨烯的非重構(gòu)和重構(gòu)結(jié)構(gòu)進行切換，從而開關(guān)其二維導電拓撲網(wǎng)格。同時，我們發(fā)現(xiàn)在強關(guān)聯(lián)效應中起到重要作用的魔角雙層石墨烯平帶的帶寬也能在這一過程中被調(diào)控[9]。相關(guān)成果近日刊發(fā)在物理學期刊《Physical Review Letters》上。何林教授課題組博士生劉亦文為第一作者，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的蘇贏博士為文章的共同第一作者，何林教授為通訊作者。

該項目利用先進激光誘導石墨烯技術(shù)（Laser Induced Graphene, LIG）成功制備出無基質(zhì)的大尺寸石墨烯紙，并可對其結(jié)構(gòu)和性能進行精準調(diào)控，為石墨烯的廣泛應用提供了有力支撐。該方法不僅實現(xiàn)了石墨烯紙的連續(xù)/高效/低成本/大規(guī)模制備，還可對石墨烯紙進行多尺度/圖案化/不同結(jié)構(gòu)的定制化制作，同時性能可調(diào)控的特點有效擴展了石墨烯紙的多功能應用。 目前，研發(fā)團隊在實驗室條件下已實現(xiàn)基于石墨烯紙的智能復合材料在自固化，全生命周期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和功能結(jié)構(gòu)層-阻燃/除冰方面的成功應用。同時基于其可調(diào)控的結(jié)構(gòu)和性能，已開展其在傳感、結(jié)構(gòu)功能表面、超級電容器和生物抗菌方面的應用研究。該項目在智能傳感，能源存儲等領(lǐng)域受到行業(yè)多家企業(yè)的關(guān)注，后續(xù)將在智能復合材料一體化成型及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、高靈敏性可穿戴器件集成以及高性能蓄電池復合板柵材料等方面開展交流合作。? 該項目所制備的石墨烯紙應用非常廣泛，能應用在在傳感、儲能、環(huán)境等方面。“原位激光誘導石墨烯”技術(shù)能滿足儲能領(lǐng)域、軍用高強度結(jié)構(gòu)、民用可穿戴器件等各領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化需求。